Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Марта 2014 в 11:13, реферат
Основной задачей любой системы связи, как известно, является передача различных видов информации (например: речевой, факсимильной, компьютерных данных) в любое место в реальном масштабе времени (или в требуемый абонентом момент времени).
-I/Q генератор предназначен для формирования модулирующего сигнала из сформированного цифрового сигнала при непосредственном управлении от CPU.
-Фазовый модулятор реализует гауссовскую манипуляцию с минимальным частотным сдвигом (GMSK — Gaussian Minimum Shift Keying), то есть реализует перенос цифрового сигнала в область радиочастотного канала. В стандарте GSM с модуляцией GMSK произведение ВТЬ, определяющее частоту среза предмодуляционного гауссовского фильтра, равно ВТЬ = 0,3 (где В — полоса частотного спектра, Ть — длительность бита сообщения). Такое значение произведения ВТЬ достигается путем сложной аппаратурной реализации для увеличения требуемого отношения СИ (сигнал/помеха) и уменьшения влияния условий распространения радиоволн и неидеальности аппаратуры. При GMSK обеспечивается высокий КПД усилителя мощности и приемлемая помехоустойчивость: вероятность ошибки Ре = 10~3 при C/N = 30 дБ (С IN — сигнал/шум).
-Смеситель (СМП) предназначен для переноса сигнала на выходе фазового модулятора с частотой /ФМ в диапазон частот 890...915 МГц под действием сигнала, поступающего с синтезатора частот (ftr), управляемого из CPU.
-Фильтр сосредоточенной селекции (ФСС) (обычно выполняемый на кремниевом фильтре) настраивается на одну из выбираемых CPU несущих частот и реализует фильтрацию высших гармоник для уменьшения межканальных влияний.
-Усилитель мощности (УМ) не только усиливает высокочастотный сигнал с выхода ФСС, но и под действием команд из CPU меняет коэффициент усиления (то есть используется режим нелинейного усиления), тем самым в зависимости от расстояния между мобильной MS и базовой BTS станциями выходная мощность передатчика MS автоматически регулируется: чем ближе MS к BTS, тем меньше мощность передатчика MS, тем меньше излучаемая антенной MS мощность.
-Высокочастотный сигнал с выхода усилителя мощности через фильтр сосредоточенной селекции (ФСС) поступает в антенный коммутатор (АК) и в случае передачи речевого сигнала CPU переключает АК в режим передачи.
Следует отметить, что тракт: фазовый модулятор — смеситель - ФСС - УМ - ФСС — очень часто называют модемом GMSK (так как этот тракт в настоящее время реализован в виде однокристальной СБИС) и он используется в нескольких Европейских стандартах.
Таким образом, аналоговая часть передатчика выполняет обычные функции переноса информации кодированного цифрового сигнала в область несущей частоты выбранного частотного канала передачи, а цифровая часть — с активным участием CPU — обработку и передачу информации (речь и т.п) в цифровой форме с добавлением информационных потоков управления, защиты, адреса и т.п.
Приемник
Рассмотрим основные каскады приемника, их назначение и функции.
-Высокочастотный сигнал в диапазоне 935...960 МГц принимается антенной и через антенный коммутатор (включаемый CPU в режиме приема) поступает в высокочастотный фильтр (обычно фильтр поверхностной акустической волны (ФПАВ) — керамический фильтр), усиливается в высокочастотном малошумящем усилителе (МШУ).
-Первый смеситель СМ1 позволяет сдвинуть сигнал в более низкочастотную область, при этом на второй вход СМ1 гетеродинный сигнал подается с синтезатора частот (управляемого от CPU), фильтр сосредоточенной селекции на ПАВ (ФСС1) выделяет сигнал на первой промежуточной частоте и далее этот сигнал усиливается в тракте усилителей первой промежуточной частоты УПЧ1.
-Сигнал первой промежуточной частоты поступает на вход второго смесителя СМ2 (на второй вход СМ2 подается сигнал гетеродина 2 (генератор частот), далее ФСС2 на ПАВ выделяет сигнал второй промежуточной частоты, который усиливается УПЧ2 и поступает в блок демодуляции.
-Блок демодуляции. В блоке сигнал вначале демодулируется в фазовом демодуляторе (ФДМ), при этом на вход канального эквалайзера он поступает в виде цифрового видеосигнала; (назначение канального эквалайзера состоит в компенсации той разности хода между составляющими радиолучами при многолучевом распространении радиоволн, которая приводит к межсимвольной интерференции (эквалайзер по своей сути — это адаптивный фильтр, настраиваемый таким образом, чтобы сигнал на его выходе был по возможности в большей степени очищен от межсимвольных искажений, содержащихся во входном сигнале)); далее цифровой сигнал попадает в декодеры канала и речевого сигнала.
Декодер канала реализует процесс, обратный кодированию, и с учетом закодированной в кодере канала управляющей информации и речевого закодированного сигнала, декодирует весь поток информации.
Декодер речи декодирует цифровой поток речевой информации для дальнейшего преобразования ее из цифровой формы в аналоговую в цифро-аналоговом преобразователе (ЦАП).
Далее электрический сигнал аналоговой речевой информации подается на телефон. Таким образом, завершается прием информации, переданной базовой станцией BTS мобильной MS.
Управляющим устройством в MS является центральный управляющий процессор CPU, который имеет свою оперативную и постоянную память (MEM) и выполняет широкий спектр функций, которые будут рассмотрены ниже.
Синтезатор частот (СЧ), являющийся задающим генератором колебаний высокой частоты (а именно, несущей частоты, зависящей от условий передачи или приема) для передачи информации по радиоканалу. Синтезатор используется в работе как передающего устройства (при передаче сигнала СЧ -> СМП в блок фазового модулятора), так и приемного (при передаче сигнала СЧ -> СМ, при этом СЧ играет роль первого гетеродина), переключаясь в разные области выделенной полосы частот для передачи и приема. Кроме указанных основных функций, СЧ, под действием управляющих сигналов от CPU, реализует процесс скачков по частоте (frequency hopping), при этом в стандарте GSM используются медленные скачки с переключением о частоте в каждом очередном кадре. Учитывая, что в кадре каждому физическому каналу соответствует один слот, то для любого из физических каналов такая частота скачков эквивалентна смене частотных каналов с частотой SIM-карта, придается к MS в виде съемного модуля, взаимодействует с CPU и определяет процедуру аутентификации MS.
В заключение данного параграфа следует отметить, что структурная схема MS (рис. 4.2) является существенно упрощенной. На ней не показаны схемы контроля мощности на передачу и прием и управление ею, схема управления частотой синтезатора частот для работы на определенном частотном канале, не развернуты схемы (даже на уровне структурных схем) кодеков каналов и речевых сигналов, возможные устройства шифрования/дешифрования сообщений.
MS стандарта GSM включает также так называемый детектор речевой активности (VAD — Voice Activity Detector), который используется для реализации экономного расходования энергии источника питания (при уменьшении средней мощности излучения антенны MS), снижения уровня помех, неизбежно создаваемых для других станций при работающем передатчике, а также включает работу передатчика на излучение только в определенные интервалы времени, когда абонент говорит (то есть когда микрофон посылает аналоговые речевые сигналы в тракт передачи). На время паузы (абонент молчит) в приемный тракт дополнительно вводится так называемый комфортный шум. При необходимости в MS могут входить отдельные терминальные устройства (например, факсимильный аппарат), переключаемые через специальные адаптеры с использованием соответствующих интерфейсов.
7). Базовые станции BTS
Подсистема базовых станций BSS включает в себя базовые приемо-передающие станции BTS (число которых определяется количеством сот в пределах зоны обслуживания сотового оператора), связанные с контроллером базовых станций BSC. Именно BTS обеспечивают взаимодействие с мобильными станциями и передают информацию по линиям связи (радиорелейным или волоконно-оптическим) в BSC. При этом на линии BTSoMS реализуются многочисленные операции, главными из которых являются:
Топология сети BSS представляет собой несколько видов соединений BTScBSC (рис. 7.1):
Рис. 7.1 – Виды соединений BTS и BSC
На рис. 7.2 приведена структурная схема базовой приемопередающей станции в подсистеме BSS.
Две последних цепи используются при расстояниях между BTS и BSC более нескольких километров, при этом взаимодействие между BTS и BSC реализуется с помощью стандарта Е1 (скорость 2 Мбит/с).
К основным особенностям базовой станции BTS (рис. 7.2), можно отнести следующие:
-антенная система, состоящая из двух разнесенных
-наличие нескольких приемников
-одноименные приемники и перед
-одновременную работу N приемников на антенную систему в режиме приема и на N передатчиков в режиме передачи обеспечивают, соответственно, делитель и сумматор, реализующие в случае приема — деление мощности принимаемого сигнала на N входов, а в случае передачи суммирование выходных мощностей с N выходов;
-приемники и передатчики BTS имеют ту же структурную схему, что и в мобильных станциях, за исключением того, что в них отсутствуют АЦП и ЦАП, так как и входные сигналы передатчиков и выходные сигналы приемников имеют цифровую форму;
-блок сопряжения с линией связ
-MSC и BSC обеспечивают управление работой всех BTS в зоне обслуживания, а также контроль работоспособности всех входящих в BSS блоков и узлов.
В стандарте GSM обычно к BSC подключаются определенное число BTS (до шестнадцати BTS на один BSC). В зависимости от используемой антенной системы в BTS возможны три варианта BTS (рис. 7.3):
всенаправленная антенная
система BTS, обеспечивающая равномерное излучение в пределах соты (omnidirectional BTS);антенная система BTS, когда в BTS используются антенны с диаграммами направленности в 120° по азимутальному
сектору в пределах соты, то есть 3 области
излучения и приема (3 sectorized BTS);в одной BTS имеется 6 секторов (по 60° в каждом)
(6 sectorized BTS).